當前1頁，總共107頁。當前2頁，總共107頁。當前3頁，總共107頁。當前4頁，總共107頁。當前5頁，總共107頁。當前6頁，總共107頁。參考教材1、《廢水處理理論與設計》,張自杰主編，中國建筑工業出版社2、《水污染治理新技術——新工藝、新概念、新理論》,王寶貞主編，科學出版社3、《廢水生物處理新技術——理論與應用》，沈耀良王寶貞編著，中國環境科學出版社4、《廢水處理與資源化新工藝》,趙慶良主編，中國建筑工業出版社5、《廢水工程——處理與回用》，[美]梅特卡夫和艾迪公司當前7頁，總共107頁。第1部分廢水厭氧生物處理新工藝當前8頁，總共107頁。環保技術可行性的重要衡量尺度應能杜絕或明顯減少污染物的產生不需要用清水對污染物稀釋對環境污染的控制而言它們有較高效率應盡可能做到資源的回收和綜合利用應當是低成本的技術，包括基建、設備動力、操作和維修等費用應較低操作和維修應當簡單應能夠在較大規模和較小規模同樣好地運行能夠被當地的人們認識和接受當前9頁，總共107頁。選擇廢水處理方法的重要尺度應當對各類污染物（BOD、SS、氨和有機氮、磷酸鹽、致病菌）有較高的去除率工藝系統應當對高峰負荷、電力供應的突然中斷、供液的中斷以及對毒性污染物等有較高的剛干擾能力或穩定性工藝上具有靈活性，例如對效率的改進，規模的擴大等工藝系統在操作、維修和控制上應當簡單，應不需要工程技術人員進行連續的現場操作占地應當少，特別在土地緊缺和地價較高的地區工藝系統需要的不同操作單元應盡量少工藝系統使用壽命長這一系統在使用中沒有嚴重的污泥處理難題系統不應當有嚴重的臭氣問題系統應當有回收有用副產品的可能性工藝的應用有足夠的經驗以資借鑒當前10頁，總共107頁。項目好氧生物處理厭氧生物處理優點應用范圍低濃度有機廢水，易降解有機物高、低濃度有機廢水，某些難降解有機物能量消耗高（需充氧曝氣設備）低，是活性污泥法的1/10能量回收無有，理論上去除kgCOD產生0.35m3CH4容積負荷率低：2~4kgCOD/(m3·d)高：5~10kgCOD/(m3·d)剩余污泥處理多：0.4~0.6kg/kgCODcr，費用高少：為活性污泥的1/6~1/10，費用低營養需要量高：BOD:N:P=100:5:1低：BOD:N:P=（300~500）:5:1耐沖擊負荷能力弱強對水溫適宜范圍常溫10~30℃常溫10~30℃/中溫30~40℃/高溫50~60℃處理成本高低：約為好氧法成本的1/3不足生化反應速度較快較慢水力停留時間較短較長系統啟動需時短，一般需1~2周需時長，一般需8~12周處理后水質一般可達標排放需進一步好氧或物化處理才能達標排放當前11頁，總共107頁。（1）

厭氧生物處理的優點

廢水處理成本低，僅為好氧法成本的1/3或更低

能源需求少，而且還能產生能源（甲烷）

厭氧廢水處理設備負荷高，占地少

剩余污泥量比好氧法少，脫水性能好，濃縮時可不使用脫水劑

對營養物需求量少，BOD:N:P=300-500:5:1

可處理高濃度的有機廢水

厭氧微生物在停止供養的情況下能較長時間的保持活性（2）

厭氧生物處理的缺點

進水負荷高，但出水水質比好氧差

厭氧微生物對環境要求高，對有毒物質較為敏感

厭氧反應器的啟動較為緩慢，8-12周左右當前12頁，總共107頁。1基本原理水解階段：高分子有機物不能為細菌直接利用，在細菌胞外酶作用下，分解為小分子，能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用

酸化（或發酵）階段：小分子化合物在酸化菌的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外，這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氨等。當前13頁，總共107頁。1基本原理產氫產乙酸階段：發酵階段的產物進一步轉化為乙酸、氫氣以及新的細胞物質

產甲烷階段：乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳以及新的細胞物質當前14頁，總共107頁。液晶廢水常規水質pHCODCr（mg/L)BOD5(mg/L）氨氮（mg/L）石油類（mg/L)）2~11≤15000≤4500≤1200≤100pHCODCr(mg/L）BOD5（mg/L）氨氮（mg/L）石油類(mg/L）6~9≤100≤20≤15≤5進水水質出水水質當前15頁，總共107頁。方案一報價：470萬當前16頁，總共107頁。方案二報價：470萬當前17頁，總共107頁。方案三報價：400萬當前18頁，總共107頁。方案四報價：559萬當前19頁，總共107頁。如何選擇？1、報價最低原則？2、綜合考慮企業實力、運行維護能力？3、結合企業的各種資質，設計、土建施工、運營？4、商業談判？當前20頁，總共107頁。化糞池化糞池是最早的厭氧生物處理構筑物。用于處理來自廁所的糞便污水。化糞池分為兩格，污水先進入第一室，水中懸浮固體或沉于池底，或浮于池面。水從中間流入第二格，而底泥和浮渣被截留于第一格，達到初步凈化目的。污水在池內停留時間一般為12-24h，污泥在池內進行厭氧反應。當前21頁，總共107頁。廢水厭氧處理工藝厭氧懸浮生長工藝附著生長厭氧工藝厭氧污泥層工藝其他厭氧處理工藝當前22頁，總共107頁。完全混合懸浮生長厭氧消化池(1)厭氧懸浮生長工藝完全混合的厭氧消化池，為了保證運轉和工藝穩定性有足夠的安全系數，反應器的水力停留時間范圍為15~30d，無污泥回流的完全混合消化池更適合于有機物濃度極高的廢水。當前23頁，總共107頁。(1)厭氧懸浮生長工藝厭氧接觸工藝厭氧接觸工藝克服了無污泥回流完全混合工藝的缺點。生物污泥被分離并回流到完全混合或接觸反應器，工藝的污泥停留時間比水力停留時間長，厭氧反應器的容積可以減小。當前24頁，總共107頁。(1)厭氧懸浮生長工藝厭氧序批式反應器（ASBR）厭氧序批式反應器可認作是兼反應、固-液分離于同一容器的懸浮生長工藝，該容器與好氧序批式反應器SBR很相像。該工藝的成功取決于形成沉淀性能良好的粒狀污泥。當前25頁，總共107頁。(2)附著生長厭氧工藝（1）厭氧升流式填充床反應器（2）厭氧膨脹床反應器（3）厭氧流化床反應器（4）厭氧生物轉盤在厭氧反應器中利用載體上生長的厭氧微生物處理廢水的過程。由于附著生長厭氧生物處理法的微生物在填料表面附著生長，故有可能在很短的水力停留時間下，獲得長達100d的污泥停留時間，加之厭氧處理中不存在氧傳質的限制，因此該方法具有十分廣泛的應用和發展前景。當前26頁，總共107頁。當前27頁，總共107頁。厭氧生物濾池是密封的水池，池內放置填料。微生物附著生長在填料上，平均停留時間可長達100d左右。濾料采用碎石、卵石等，粒徑在40mm左右，也可用塑料填料。根據試驗結果，厭氧生物濾池的容積負荷約在3-10kgCOD/(m3·d)之間。厭氧生物濾池優點：處理能力高；濾池內可以保持很高的微生物濃度；不需另設泥水分離設備，出水SS較低；設備簡單、操作方便。缺點：濾料費用較高；濾料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，沒有簡單有效的清洗方法。因此，懸浮物高的廢水不適用。當前28頁，總共107頁。厭氧污泥層（床）工藝（1）原型的UASB工藝和原型設計的改型

厭氧內循環反應器（IC）

膨脹顆粒污泥床（EGSB）（2）厭氧隔板反應器（ABR）（3）厭氧移動床反應器（AMBR）當前29頁，總共107頁。其他厭氧處理工藝（1）加蓋厭氧塘工藝浮動膜架進水優點：有能力處理的廢水特性范圍寬，包括固體和油以及油脂；構筑物簡單且比較經濟；容積大可供均衡負荷；采用的負荷低；出水水質優良。缺點：需要的土地面積大，有可能進水配水效果差，以及地膜蓋的維護保養等。當前30頁，總共107頁。（2）膜分離厭氧處理工藝其他厭氧處理工藝優點：1）在厭氧反應器中采用較高的生物污泥濃度，以便進一步減小反應器的容積和提高COD的容積負荷；2）容許厭氧反應器的SRT值更高，由于幾乎截留了全部固體，這樣可達到最大限度地出去VFAs和可降解的可溶性COD物質，得到優良的出水水質；3）最大限度地截留出水中的懸浮固體，從而大大地改善厭氧處理的出水水質。后兩項優點，使厭氧反應器產生的出水水質與好氧二級處理工藝的出水水質相等。當前31頁，總共107頁。廢水厭氧生物處理新工藝一、升流式厭氧污泥床（UASB）二、厭氧內循環反應器（IC）三、厭氧擋板反應器（ABR）四、膨脹顆粒污泥床（EGSB）五、厭氧生物轉盤（AnRBC）六、厭氧流化床（AFBR）和厭氧膨脹床（AEBR）七、復合厭氧法當前32頁，總共107頁。一、升流式厭氧污泥床（UASB

）升流式厭氧污泥床是于20世紀70年代中期由荷蘭農業大學Lettinga教授首創的，由于該反應器具有床內生物量大[平均約為20~40gVSS/L]承受容積負荷高[一般可達10kg/(m3·d)，甚至高達15~40kg/(m3·d)]、廢水在反應器內停留時間短、處理能力大且效果好及構造簡單等優點，在世界各地均獲得了廣泛的研究并投諸實際應用。主要內容UASB的構造UASB中顆粒污泥的形成與特征UASB的工藝設計UASB的啟動與運行UASB的工程應用當前33頁，總共107頁。1.UASB的構造帶中間填料的UASB反應器，中間填料放置在污泥層之上，用于固定膜的附著生長原型UASB工藝帶沉淀池和污泥回流的UASB反應器UASB工藝和幾種改型的示意圖當前34頁，總共107頁。UASB反應器在構造上主要由進水配水系統、反應區、三相分離器、氣室和處理水排出裝置等組成。

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處理水氣室沉淀區污泥床區原水三相分離器懸浮污泥層反應區UASB外觀當前35頁，總共107頁。

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處理水氣室沉淀區污泥床區原水三相分離器懸浮污泥層反應區反應區是UASB內有機污染物被微生物分解氧化的主要部位，其內存留有大量厭氧污泥，這些具有良好的絮凝和沉淀性能的污泥在底部形成顆粒污泥層，而顆粒污泥層的上面則是由于沼氣在上升過程中攪動而形成的污泥濃度較小的懸浮污泥層。當前36頁，總共107頁。

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處理水氣室沉淀區污泥床區原水三相分離器懸浮污泥層反應區沉淀區位于UASB反應器的頂部，其作用是使由于水流的夾帶作用而隨之上升至出水區的固體顆粒（主要是污泥懸浮層中的絮凝性污泥）在沉淀區沉淀分離，并沿沉淀區底部的斜壁下滑經三相分離器而重新回到反應區內，并同時實現均勻集水。當前37頁，總共107頁。

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處理水氣室沉淀區污泥床區原水三相分離器懸浮污泥層反應區三相分離器的主要作用是將氣體（反應過程中產生的沼氣）、固體（反應器中的污泥）和液體（被處理廢水）等三相加以分離，將沼氣引入集氣室，將處理出水引入出水區，將固體顆粒導入反應區。三相分離器的合理設計是保證UASB反應器正常有效運行的一個重要內容，應保證其避免沼氣氣泡隨水流上升至沉淀區而影響出水水質。當前38頁，總共107頁。UASB反應器三相分離器單體的不同構造形式

UASB反應器的正常運行應具備3個重要前提：（1）反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥；（2）由產氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用；（3）設計合理的三相分離器使污泥能夠保留在反應器內。當前39頁，總共107頁。2.UASB中顆粒污泥的形成與特征污泥顆粒化的意義污泥顆粒的形成機理污泥顆粒形成的影響因素污泥顆粒的特征當前40頁，總共107頁。

（1）污泥顆粒化的意義在厭氧反應器內顆粒污泥的形成過程稱之為顆粒化。由于顆粒污泥具有極好的沉降性能，能在很高產氣量和上向流速下保留在反應器內，因而污泥顆粒化可以使UASB內保留高濃度的厭氧污泥，并可以使UASB能夠承受更高的有機物容積負荷和水力負荷。污泥顆粒化還具有如下優點：細菌形成的污泥顆粒狀聚集體是一個微生態系統，其中不同類型的種群形成了共生或互生體系，有利于形成細菌生長的生理生化條件；顆粒污泥的形成利用其中的細菌對營養的吸收，有利于有機物的降解；顆粒污泥使諸如產乙酸菌和利用氫的細菌等發酵菌的中間產物的擴散距離大大縮短；在諸如pH和毒性物質濃度等改變時，顆粒污泥能維持一個相對穩定的微環境而使代謝過程繼續進行。當前41頁，總共107頁。（2）污泥顆粒的形成機理晶核假說：顆粒污泥的形成過程類似于結晶過程，晶核來源于接種污泥或運行過程中產生的諸如CaCO3等顆粒物質的無機鹽，在晶核的基礎上不斷發育形成成熟的顆粒污泥。此假說已為一些實驗所證實，如測得一些成熟顆粒污泥中確有CaCO3顆粒存在，還有在顆粒污泥的培養過程中投加顆粒污泥能促進顆粒污泥形成等。電中和作用假說：在厭氧污泥顆粒化過程中，Ca2+能中和細菌細胞表面的負電荷，能削弱細胞間的電荷斥力作用，并通過鹽橋作用而促進細胞的凝聚反應。當前42頁，總共107頁。胞外多聚物架橋作用假說：顆粒污泥是由于細菌分泌的胞外多糖將細菌粘結起來而形成的，有的甲烷菌就能分泌胞外多糖，胞外多糖是顆粒污泥形成的關鍵。細胞質子轉移-脫水理論：在細胞自固定和聚合過程中，大量研究表明細胞表面憎水性是主要的親和力。細胞質子轉移-脫水理論認為顆粒污泥形成的第一步是細胞質子轉移引起細胞表面脫水，強化了細胞表面的憎水性，進而誘導細胞間的聚合。聚合的微生物再經過熟化，成長為具有一定粒徑的顆粒化污泥。當前43頁，總共107頁。（3）污泥顆粒形成的影響因素

廢水性質：有機污染物本身的熱力學及生物降解性質，直接影響到顆粒化污泥的形成速度。

有機負荷：啟動到正常運行，階梯增加的方式；高有機負荷能縮短UASB的啟動周期。

接種污泥：可以用絮狀的消化污泥或活性污泥作為接種，如有條件使用顆粒污泥更佳，可縮短顆粒污泥的培養時間。

堿度：進水堿度應保持在750~1000mg/L之間。

溫度：以中溫或高溫操作為宜。

水力剪切力：一般認為，水力剪切力較低的環境有利于顆粒污泥的形成，近期研究認為較高的水力剪切力對于微生物具有篩選作用。

毒性物質：大量毒性或抑制性物質將影響顆粒污泥的形成。當前44頁，總共107頁。（4）污泥顆粒的特征物理特征化學特征生物學特征(a)有載體生物膜顆粒(b)好氧顆粒污泥(c)厭氧顆粒污泥當前45頁，總共107頁。物理特性顆粒污泥特征有關特征描述備注形狀相對規則的球形或橢圓形邊界清晰顏色黑色或深淺不同的黑灰色有時也發現呈白色大小多在0.5~5.0mm之間可能大于5mm，但大于7mm少見密度約在1025~1080kg/m3之間處理工業廢水沉降性能SVI多在10~20mL/g之間，沉降速度在20.9~98.9m/h之間有的也低至10%或高達95%強度(0.82~2.50)×105Pa孔隙率40%~80%當前46頁，總共107頁。化學特性顆粒污泥特征有關特征描述備注有機物（細胞）量多數情況下VSS/TSS可在70~90%灰分含量也可能在8~65%之間CaCO3等沉淀物可能含有其量隨廢水中Ca2+等濃度升高而上升Fe,Ni,Co等金屬硫化物如FeS顆粒污泥的黑色源當前47頁，總共107頁。生物學特性顆粒污泥特征有關特征描述備注細菌構成類似產甲烷絲菌屬占相當大比例，微小菌落主要由產甲烷絲菌和產甲烷桿菌為主的互生菌組成，同一菌落中產酸菌和產甲烷菌錯落地呈格子狀分布也有報道在稀麥芽汁和啤酒廢水中培養的顆粒污泥以甲烷八疊球菌為主，同時存在產甲烷絲菌產甲烷活性未酸化底物達到1.0kgCOD/(kgVSS·d)酸化底物達到2.5kgCOD/(kgVSS·d)蔗糖為底物1.3~2.6kgCOD/(kgVSS·d)乙酸和丁酸混合液達到7.5kgCOD/(kgVSS·d)乙酸和丙酸為底物小于2.5kgCOD/(kgVSS·d）30℃30℃55℃38℃當前48頁，總共107頁。3.升流式厭氧污泥床的工藝設計根據容積負荷率NV確定污泥床的容積。在中溫發酵條件下，容積負荷率NV一般取10~20kgCOD/(m3·d)左右，而在高溫發酵條件下，容積負荷率NV一般則可取20~30kgCOD/(m3·d)左右，相應床內污泥濃度為20~30kgVSS/m3。在選定容積負荷率NV后，即可按下式計算出污泥床反應區的容積：V——UASB反應區的容積，m3；Q——廢水設計流量，m3/d；S0——原廢水中有機物COD的濃度，kg/m3；NV——容積負荷率，kgCOD/(m3·d)。當前49頁，總共107頁。三相分離器設計要求（1）混合液進入沉淀區前必須將其中的氣泡予以脫出，為此需在沉淀區外另設集氣區；（2）沉淀區的表面水力負荷率應小于0.7m3/(m2·h)，水流進入沉淀區前通過沉淀槽底縫隙的流速不超過2m/h；（3）沉淀槽斜底與水平面的交角不應小于50°，以防止污泥在沉淀下來后積聚、產氣，使之盡快落入反應區內。當前50頁，總共107頁。池形設計UASB的池形一般采用圓形或方形和矩形，直徑或邊長為5~30m，污泥床高度為3~8m。圓形反應器常用鋼板制造，而方形和矩形反應器多采用鋼筋混凝土建造。當廢水中有機物濃度比較高時，需要的沉淀區面積小，反應區可采用與沉淀區相同的面積和池形；當廢水中有機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為保證反應區的一定高度而使反應區的面積不能太大時，則可采用反應區的面積小于沉淀區，即污泥床上部面積大于下部面積的池形。當前51頁，總共107頁。4.升流式厭氧污泥床的啟動與運行對于一個新建的UASB系統來講，采用諸如消化污泥等非顆粒污泥進行接種從而使反應器開始運行的過程，一般稱之為初次啟動。當有可能采用足夠數量的顆粒污泥來啟動一個UASB反應器時，常稱之為二次啟動。二次啟動是UASB的理想啟動方式，使用顆粒污泥可大大縮短反應器的啟動時間，還可很快適應不同性質的廢水。盡管UASB的啟動所需時間較長，而一旦啟動完成后，反應器便可以達到設計的有機負荷和相應的去除效率，進入正常運行狀態。在反應器停止運行后的再次啟動也可以迅速完成。當前52頁，總共107頁。初次啟動實質上是對菌種馴化、選擇和增殖的過程，應考慮種泥、廢水水質、負荷和環境條件等因素。關于種泥，應用最多的是廢水處理廠的消化污泥，也可使用牛糞、各類糞肥和下水道污泥等，一些廢水溝的污泥和沉淀物或富含微生物的河泥也可采用。接種污泥濃度至少不低于10gVSS/m3，填充量不超過反應器容積的60%。一般來說，較稠的消化污泥對污泥顆粒化有利。啟動中必須充分沖刷出種泥中較輕的污泥且不再返回反應器，以促進顆粒污泥的形成。

（1）UASB的初次啟動當前53頁，總共107頁。關于廢水水質，應盡量少含阻礙污泥顆粒化進行的懸浮物。富含溶解性碳水化合物的廢水顆粒化進程較快，若含有蛋白質時應使其預先降解。較高的Ca2+和Mg2+等離子濃度會形成CaCO3、CaHPO4和MgNH4PO4等沉淀，由此導致顆粒污泥中的灰分可能太高。低有機物濃度有利于污泥的顆粒化，但為維持細菌的良好生長，COD的濃度應不小于1000mg/L，超過5000mg/L時可采用出水循環或稀釋進水的辦法。當前54頁，總共107頁。關于負荷，啟動階段負荷較低，一般控制在0.5~1.5kgCOD/(m3·d)或0.05~0.1kgCOD/(kgVSS·d)。當負荷上升至2~5kgCOD/(m3·d)時，由于水的上流速度和產氣增加使絮狀污泥的沖刷流失量增大，在留下的污泥中開始產生顆粒污泥。當負荷超過5kgCOD/(m3·d)時，顆粒污泥加速形成，而絮狀污泥迅速減少直到反應器內不再存在。當反應器大部分為顆粒污泥所充滿時，其最大負荷可以達到50kgCOD/(m3·d)。應當說明，有機負荷的逐步增加，一般應在各負荷階段使可降解COD能被去除80%后再進行。當前55頁，總共107頁。關于環境條件，在中溫操作范圍內的最佳溫度為30~38℃，反應器內的pH值應保持在6.8~7.5之間；氮、磷與硫等營養物質和Fe，Ni與Co等微量元素應滿足微生物生長的需要；控制毒性物質低于其對微生物的抑制濃度或給予污泥以足夠的馴化時間，如保持乙酸濃度始終低于1000mg/L等。完成初次啟動的時間一般為4~16周當前56頁，總共107頁。二次啟動以顆粒污泥為種泥，可大大縮短啟動時間，啟動時間的長短具體取決于顆粒污泥的來源。在選擇種泥啟動新的反應器時，盡量使擬處理廢水和種泥的原處理廢水種類一致，使新啟動反應器的溫度與pH等操作條件與原種泥所處的條件相一致。在難以得到同種廢水、同種條件培養的顆粒污泥時，盡管啟動時間會略有延長，但二次啟動也會很快完成。二次啟動的初始負荷可以較高，如為3kgCOD/(m3·d)，負荷與濃度的增加模式亦與初次啟動相當，但相對容易。在二次啟動中，應注意經常監測產氣、出水VFA、COD去除率和pH等重要指標。

（2）UASB的二次啟動當前57頁，總共107頁。經常監測的指標：流量進出水COD濃度進水、出水與反應器內的pH值

產氣量及其組成出水的VFA濃度與組成反應器內的溫度

（3）UASB啟動后的運行當前58頁，總共107頁。出水的VFA濃度與組成VFA分析迅速、靈敏，可盡快反映出反應器內的微小變化，VFA的去除程度可以直接反映出反應器的運行狀況，負荷的突然加大、溫度的突然降低或升高、pH值的波動、毒性物質弄濃度的增加等，都會由出水中VFA的升高反映出來。因此，監測出水中VFA的濃度，將有利于操作過程的及時調節。當VFA的濃度超過800mgCOD/L時，反應器即面臨酸化危險，應立即降低負荷或停止進水，并檢查其他操作條件有無變化。正常運行中應保持出水VFA濃度在400mgCOD/L以下，以在200mgCOD/L以下為最佳，出水中VFA的組成應以乙酸為主，占VFA總量的90%以上。當前59頁，總共107頁。產氣量及其組成產氣量是UASB運行中需要監測的另一重要參數，這是因為產氣量能夠迅速反映出反應器運行狀態且又容易測量。當產氣量突然減少而負荷未變時，表明可能存在溫度的降低、pH值的波動、毒性物質濃度的增加等不正常運行情況致使產甲酸菌活性降低。廢水組成變化，也會導致產氣量的變化。在正常運行時，不僅產氣量相對穩定，氣體組成中CH4一般也在60%~80%之間，具體比例取決于廢水的成分。當前60頁，總共107頁。5.升流式厭氧污泥床的工程應用UASB是目前應用最廣泛的高效厭氧反應器，幾乎可用來處理所有以有機物為主的廢水，又幾乎分布在世界各主要國家都有。在全球范圍內已經有900個以上的生產UASB在運行。目前UASB反應器的應用仍呈迅速增加趨勢，以UASB為基礎的高效厭氧反應器（如厭氧內循環反應器、UASB+厭氧濾池）也在研究、開發與應用中。當前61頁，總共107頁。UASB在處理不同種類廢水中的應用當前62頁，總共107頁。二、厭氧內循環反應器（IC）厭氧內循環反應器（IC）是由荷蘭Paques公司1985年在UASB反應器基礎上推出的第三代高效厭氧反應器，1988年第一座生產性規模的IC反應器投入運行。IC反應器以其處理容量高、投資少、占地省、運行穩定等優點而深受矚目，并已成功地應用于啤酒生產、造紙及食品加工等行業的工業廢水處理中。IC的構造IC的工藝特征IC的工程應用主要內容當前63頁，總共107頁。1.IC反應器的構造5個基本組成部分：混合區，進水與回流污泥混合；顆粒污泥膨脹床區，第一反應室；精處理區，第二反應室；內循環系統，工藝的核心構造，由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管組成；二級三相分離區，包括集氣管和沉淀區。沼氣

處理水集氣管二級三相分離器氣封進水回流管一級三相分離器氣液分離器第二反應室第一反應室沼氣提升管沉淀區當前64頁，總共107頁。混合區：反應器底部進水、顆粒污泥和氣液分離區回流的泥水混合物有效地在此區混合。

第1厭氧區：混合區形成的泥水混合物進入該區，在高濃度污泥作用下，大部分有機物轉化為沼氣。混合液上升流和沼氣的劇烈擾動使該反應區內污泥呈膨脹和流化狀態，加強了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼氣產量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區。沼氣

處理水集氣管二級三相分離器氣封進水回流管一級三相分離器氣液分離器第二反應室第一反應室沼氣提升管沉淀區當前65頁，總共107頁。氣液分離區：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導出處理系統，泥水混合物則沿著回流管返回到最下端的混合區，與反應器底部的污泥和進水充分混合，實現了混合液的內部循環。第2厭氧區：經第1厭氧區處理后的廢水，除一部分被沼氣提升外，其余的都通過三相分離器進入第2厭氧區。該區污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第1厭氧區被降解，因此沼氣產生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液分離區，對第2厭氧區的擾動很小，這為污泥的停留提供了有利條件。沼氣

處理水集氣管二級三相分離器氣封進水回流管一級三相分離器氣液分離器第二反應室第一反應室沼氣提升管沉淀區當前66頁，總共107頁。沉淀區：第2厭氧區的泥水混合物在沉淀區進行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第2厭氧區污泥床。

從IC反應器工作原理中可見，反應器通過2層三相分離器來實現SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和內循環的劇烈擾動，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質效果。

沼氣

處理水集氣管二級三相分離器氣封進水回流管一級三相分離器氣液分離器第二反應室第一反應室沼氣提升管沉淀區當前67頁，總共107頁。2.厭氧內循環反應器的工藝特征優點實現自發的內循環污泥回流。在較高的COD容積負荷條件下，利用產甲烷細菌產生的沼氣形成氣提，在無需外加能源的條件下實現了內循環污泥回流，從而進一步加大生物量，延長污泥齡。引入分級處理，并賦予其新的功能。通過膨脹床去除大部分進水中的COD，通過精處理區降解剩余COD及一些難降解物質，從而提高了出水水質。更重要的是，由于污泥內循環，精處理區的水流上升速度遠低于膨脹床區的上升流速，且該區只產生少量的沼氣，創造了顆粒污泥沉降的良好環境，解決了在高COD容積負荷下污泥被沖出系統的問題，保證運行的穩定性。泥水充分接觸，提高傳質速率。由于采用了高的COD負荷，所以第一反應室的沼氣產量高，加之內循環液的作用，使污泥處于膨脹流化狀態，既達到了泥水充分接觸的目的，又強化了傳質效果。當前68頁，總共107頁。從構造上看，IC反應器內部結構比普通厭氧反應器復雜，設計施工要求高。反應器高徑比大，一方面增加了進水泵的動力消耗，提高了運行費用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中細微顆粒物比UASB多，加重了后續處理的負擔。另外內循環中泥水混合液的上升還易產生堵塞現象，使內循環癱瘓，處理效果變差。發酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果。在厭氧反應中，有機負荷、產氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯系和平衡關系。一般較高的有機負荷可獲得較大的產氣量，但處理程度會降低。因此，IC反應器的總體去除效率相比UASB反應器來講要低些。缺乏在IC反應器水力條件下培養活性和沉降性能良好的顆粒污泥關鍵技術。目前國內引進的IC反應器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種，增加了工程造價。缺點當前69頁，總共107頁。3.厭氧內循環反應器的工程應用IC處理技術從問世以來已成功應用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。1985年荷蘭首次應用IC反應器處理土豆加工廢水，容積負荷（以COD計）高達35～50kg/(m3·d)，停留時間4～6h；而處理同類廢水的UASB反應器容積負荷僅有10～15kg/(m3·d)，停留時間長達十幾到幾十個小時。在啤酒廢水處理工藝中，IC技術應用得較多，目前我國已有3家啤酒廠引進了此工藝。從運行結果看，IC工藝容積負荷（以COD計）可達15～30kg/(m3·d)，停留時間2～4.2h，COD去除率>75%；而UASB反應器容積負荷僅有4～7kg/(m3·d)，停留時間近10h。當前70頁，總共107頁。對于處理高濃度和高鹽度的有機廢水，IC反應器也有成功的經驗。位于荷蘭Roosendaal的一家菊苣加工廠的廢水，COD約7900mg/L，SO42-為250mg/L，Cl-為4200mg/L。采用22m高、1100m3容積的IC反應器，容積負荷（以COD計）達31kg/(m3·d)，COD去除率>80%，平均停留時間僅6.1h。我國無錫羅氏中亞檸檬有限公司的IC厭氧處理系統自1998年12月運行以來一直都很穩定，進水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容積負荷（以COD計）可達30kg/(m3·d)，出水COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD產沼氣0.42m3。1996年IC反應器首次應用于紙漿造紙行業，并迅速獲得客戶歡迎，至今全世界造紙行業已建造IC反應器23個。當前71頁，總共107頁。表中列出了IC反應器和UASB反應器處理典型廢水的對照結果，從表中數據可以看出，IC反應器在很大程度上解決了UASB的不足，大大提高了反應器單位容積的處理容量。隨著生產的發展，經濟高效、節能省地的厭氧反應器越來越受到水處理工作者的青睞。IC反應器的一系列技術優點及其工程成功實踐，是現代厭氧反應器的一個突破，值得進一步研究開發。而且由于反應器容積小，生產、運輸、安裝和維修都十分方便，產業化前景也很樂觀。IC反應器與UASB反應器處理相同廢水的對比結果當前72頁，總共107頁。三、

厭氧折流板反應器（ABR）厭氧折流板反應器工藝首先由美國斯坦佛大學的McCarty等在總結了各種第二代厭氧反應器處理工藝特點的基礎上開發和研制的一種高效新型厭氧污水生物技術。1985年，Bachmanna等通過研究，表明了該工藝在處理低、中濃度有機工業廢水方面的可行性及運行的可靠性。1987年，Tilch和Yang等通過研究觀察到ABR反應器中能生成良好的微生物顆粒污泥；此外，Yang和Moengangonge還成功地對ABR工藝進行了改進并成功地將其應用于經稀釋后的屠宰廢水的處理；1988年，Boopathy等成功地將該工藝應用于制酒廢水的處理，并表明了此工藝在處理高濃度有機廢水方面的高效能。近幾年來，ABR處理工藝已不斷在酒精廢水及高濃度糖漿廢水等方面得到越來越多的研究和應用。當前73頁，總共107頁。（1）ABR工藝的基本構造1.ABR工藝的構造及其改進最初的設計，反應器中的上向流室和下向流室是等寬的，折流板的加入增強了污泥的停留，提高了處理效率；多格室結構使反應器成為推流式，給不同種群產甲烷菌提供了更適宜的基質。當前74頁，總共107頁。（2）ABR工藝的改進反應器內垂直于水流方向設置多塊擋板，保持反應器內較高的污泥濃度。擋板將反應器分為若干個上向流室和下向流室，其中上向流室比較寬，便于污泥聚集；下向流室比較窄，在下部邊緣處設置60°的導流板，將水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。當廢水COD濃度較高時，為避免出現有機酸濃度過高，減少緩沖溶液的投加量，需要對處理后的水進行回流以使進水COD濃度控制在5000~10000mg/L。當原廢水COD濃度較低時，一般無需回流。ABR反應器具有啟動周期短、勿需攪拌和載體等優點。沼氣進水出水擋板回流當前75頁，總共107頁。下向流室變窄，上向流室加寬，有利于厭氧污泥停留在上向流室，使反應器成為上流式污泥床系統，水流方向與產氣上升方向一致，加強了對污泥床的攪拌作用，有利于微生物與基質的充分接觸；折板邊緣折起將進水引向反應室中心促進混合，有助于實現布水的均勻性。W—進水B—產氣E—出水統一集氣等間距折流板厭氧反應器，較早開發的形式。W—進水B—產氣E—出水等間距折流板當前76頁，總共107頁。W—進水B—產氣E—出水單獨設置集氣室各室氣體單獨收集有利于通過保護共生菌而加強反應器的穩定性。新型ABR反應器，用于處理養豬場廢水研究，發現可以有效實現固液兩相分離并且占地面積小，操作簡單，成本低，適合處理養豬場廢水這類懸浮固體濃度高的有機廢水。混合折板流W—進水B—產氣E—出水S—污泥當前77頁，總共107頁。最后一格反應室后增加了一個沉降室，流出反應器的污泥可以沉積于此，再被循環利用；在每格反應室頂部加入復合填料，防止污泥的流失，并在其表面上形成厭氧生物膜；氣體被分格單獨收集，便于分別研究每格反應室的工作情況，同時也保證產酸階段所產生的氫氣不會影響甲烷菌的活性。W—進水B—產氣E—出水設置填料和沉淀區的復合型當前78頁，總共107頁。等間距敞開式W—進水B—產氣E—出水等間距敞口式折流板厭氧反應器，降低費用。W—進水B—產氣E—出水兩格的ABR反應器，用于處理養豬廢水，第一格的體積是第二格的兩倍，第一格體積的增大，不僅可以減少水流的上升流速，而且還可以使進水中的懸浮物盡可能多的沉積于此，增加了懸浮物的停留時間。擴大第一隔室當前79頁，總共107頁。在各隔室不同部位設置填料，延長污泥停留時間；防止污泥流失。ABR反應器的兩種不同平面布置矩形平面布置圓形平面布置在不同區域增設填料W—進水B—產氣E—出水當前80頁，總共107頁。2.ABR工藝的理論基礎分階段多相厭氧反應器工藝技術（SMPA）基本點為：1）在各級分隔的空間中培養適宜的厭氧微生物種群，以適應相應的底物組分及環境因子（如PH、H2分壓等）；2）防止在各個單獨空間中獨立發展形成的污泥相互混合；3）各個單獨空間所產生的氣體相互隔開；4）各個單獨空間的流態趨于完全混合而工藝流程更接近于推流（即具有復合流態），使系統具有更高的處理效果，提高出水水質。當前81頁，總共107頁。ABR工藝的思路要點：（1）由于反應器內設置折流板而形成數個相對獨立運行的隔室，利用各隔室生長與該室環境條件相適應的微生物種群，實現相的多級分離而提高處理效果和運行穩定性。（2）多隔室的構造利于各隔室產氣單獨排出而削弱H2分壓對后續隔室運行的影響，利于產乙酸階段產乙酸菌在H2分壓較低的環境中利用丙酸和丁酸順利的產乙酸，從而可避免它們的積累對產甲烷菌的不利影響。（3）ABR工藝中單隔室的完全混合及整體上推流的復合流態，不僅利于污泥降解作用的充分發揮，也使運行更為穩定，具有更強耐沖擊負荷能力。當前82頁，總共107頁。厭氧處理過程中有機物的轉化途徑當前83頁，總共107頁。（1）工藝構造設計簡單；（2）不需要特殊考慮的氣固液三相分離器；（3）反應器內水流的多次上下折流作用，提高了污泥微生物體與被處理廢水間的混合接觸，穩定了處理效果，促進了顆粒污泥的形成和生長；（4）反應器內的微生物相有明顯的種群配合和良好的沿程分布；（5）可長期運行而不需要排泥；（6）能在高負荷條件下有效地截留活性微生物固體。3.ABR工藝的主要性能特點當前84頁，總共107頁。ABR工藝的優點指標主要優點反應器結構結構簡單、無運動部件、無需機械混合裝置、造價低、容積利用率高、不宜堵塞、污泥床膨脹程度較低而可降低反應器的總高度、投資成本和運轉費用低生物量特性對生物體的沉降性能無特殊要求、污泥產率低、剩余污泥量少、泥齡長、污泥無需在載體表面生長、不需后續沉淀池進行泥水分離工藝的運行水力停留時間短，可以間歇的方式運行、耐水力和有機沖擊負荷能力強，對進水中的有毒有害物質具有良好的承受力、可長時間運行而無需排泥當前85頁，總共107頁。4.ABR反應器的設計在處理低濃度廢水時，不必將反應器分隔成多隔室，而以3~4個隔室為宜；而在處理較高濃度廢水時，宜將分隔數控制在6~8個，以保證在高負荷條件下，保證反應器具有復合流態特性。此外，反應器上流室沿水流前進方向的長寬比宜控制在1:1~1:2之間，上流室與下流室的長度之比宜控制在10:1~5:1之間。（1）ABR反應器分隔數（n）和平面布置（2）ABR反應器隔室的上升流速處理較高濃度廢水時，其產氣對促進泥水混合的作用占主導地位，因而對上升流速的控制范圍較寬，且可在很低的流速下運行。一般而言，在進水COD質量濃度在3000mg/L以上時，可將流速控制在0.1~0.5m/h；在處理低濃度廢水時，流速對泥水混合的促進作用就較為重要，宜將其控制在0.6~3.0m/h。當前86頁，總共107頁。處理不同廢水時ABR的設計運行方式及應注意的問題當前87頁，總共107頁。5.ABR工藝的應用ABR與其他型式反應器處理不同廢水時效果的比較當前88頁，總共107頁。我國厭氧擋板反應器實驗結果廢水來源進水COD濃度(mg/L)負荷率Nvkg/(m3·d)COD去除率(%)溫度(℃)備注人工合成廢水（肉汁+葡萄糖）7300~83003.5~10.678~9135美國改良型養豬場廢水1190~45802.5~8.58030美國平流式糖蜜釜餾蒸發器冷凝物5000~100005.598**溶解性COD-意大利當前89頁，總共107頁。ABR工藝的部分應用實例廢水類型水力停留時間/d進水COD/(mg/L)COD去除率/%容積負荷/[kgCOD/(m3·d)]產氣率/[m3/(m3·d)]生活污水2492710.250.05屠宰廢水1.1730890.670.72造紙廢水10.65600425.30.8~1.0制酒廢水0.333670085110-糖蜜廢水2.6730005028.05養豬場廢水25~4212100~1620070~785.3~6.71.9~2.5檸檬酸發酵廢水11900087.719.08.4當前90頁，總共107頁。Tenjo鎮污水處理廠ABR的生產運行數據當前91頁，總共107頁。四、膨脹顆粒污泥床（EGSB）膨脹顆粒污泥床是在UASB反應器的基礎上于20世紀80年代后期在荷蘭Wageningen農業大學環境系開始研究的新型厭氧反應器，它能在比UASB高幾倍的有機負荷下處理諸如化工、生化和生物工程的工業廢水。同時，EGSB反應器還適合處理低溫和低濃度以及難降解的有毒害性的廢水。目前國內外已建立了許多EGSB反應器，用來處理如食品、化工和制藥等各種類型的廢水。EGSB的構造與工藝流程EGSB的工藝特征EGSB的有關研究與工程應用當前92頁，總共107頁。1.EGSB的構造與工藝流程反應器主體進水分配系統三相分離器出水循環部分當前93頁，總共107頁。（1）反應器主體EGSB反應器主體是顆粒污泥與廢水中污染物發生反應的部分，其內有大量的不同粒徑的顆粒污泥存在。顆粒污泥是獲得高處理效果的原因所在。一方面顆粒污泥具有良好的沉降性能，可以防止污泥隨水流出；另一方面，顆粒污泥可以維持反應器內最大限度的滯留高活性污泥，因此這種厭氧反應器在較高的有機負荷下仍能有效去除廢水中的有機物。三相分離器氣體流量計處理水排放處理水回流原水水槽進水泵當前94頁，總共107頁。

（2）進水分配、出水循環系統進水分配系統的作用是將進水均勻地分配到整個反應器的底部，并產生一個均勻的上升流速。出水循環的目的是提高反應器內的上升流速，使顆粒污泥床充分膨脹，廢水與微生物之間充分接觸，加強傳質效果，還可避免反應器產生死角和短流。同時采用了出水循環，其配水孔口的流速會更大，因此系統更容易保證配水均勻。EGSB上升流速可達5~10m/h，遠高于UASB一般要求的0.6~0.9m/h。高的上升流速，使其具有較大的高徑比（3~5），其所需要的配水面積會較小，生產性裝置可高達15~20m。三相分離器氣體流量計處理水排放處理水回流原水水槽進水泵當前95頁，總共107頁。（3）三相分離器三相分離器的主要作用仍然是將出水、沼氣、污泥三相進行有效分離，使污泥在反應器內有效持留。在較高的水力負荷和上升流水流速度的情況下，三相分離器對上升液流中SS的截留具有較高的要求，因而為防止污泥的流失，需要專門設計的三相分離器裝置（如增設反射板構造）。三相分離器氣體流量計處理水排放處理水回流原水水槽進水泵當前96頁，總共107頁。EGSB采用處理出水回流，對于低溫和低負荷有機廢水，回流可增加反應器的水力負荷，保證了處理效果。對于超高濃度或含有有毒物質的廢水，回流可以稀釋進入反應器的基質濃度和有毒物質濃度，降低其對微生物的抑制和毒害，這是EGSB工藝區別于UASB工藝最為突出的特點和優點之一。EGSB可以采用塔形結構設計，具有較大的高徑比，既能提高上升流速，也能進一步向著空間方向發展，減少占地面積，投資更省。EGSB能在高負荷下取得較高的處理效果，尤其是在低溫條件下，對低濃度有機廢水的處理效果也較好。反應器內顆粒污泥粒徑較大，反應器抗沖擊負荷能力強。高的水力負荷使表面上升流速和攪拌程度加強，保證了顆粒污泥與廢水的充分接觸，強化了傳質，有效解決了UASB出現的短流、堵塞問題。2.EGSB的工藝特征當前97頁，總共107頁。3.EGSB的有關研究與工程應用EGSB的有關研究結果處理生活污水

進水C